[发明专利]基于量子效应的唯一标识符

说明书

提供了一种用于确定设备的唯一标识符的方法，该设备包括该设备独有的量子隧穿势垒。该方法包括在量子隧穿势垒两端施加电势差，该电势差足以使电荷载流子能够隧穿量子隧穿势垒。该方法还包括测量电信号，该电信号代表穿过量子隧穿势垒的隧穿电流，该隧穿电流是量子隧穿势垒的特性。该方法还包括根据所测量的电信号来确定设备的唯一标识符。本文还提供了相关的装置、系统、计算机可读介质和方法。

技术领域

本发明总体上涉及设备的唯一标识符(unique identifier)的确定或生成。具体地，本公开涉及通过利用量子隧穿效应来确定或生成设备的唯一标识符。

背景

网络(诸如互联网)改变了执行日常工作的方式，这对信息安全具有重大影响。许多日常工作需要数字设备进行安全地验证并且由另一方验证和/或安全地处理私有信息。在验证器(authenticator)物理上可以获得标识符的世界中，这是一个微不足道的问题——例如，银行出纳员可以通过检查客户的护照或其他识别文件(identifying file)来验证银行分行中的银行客户。然而，如果不能立即获得客户的识别文件(例如当客户获得在线银行服务时)，情况就复杂得多。银行必须确保正确的客户能够获得正确的资源和信息。但是，银行如何才能确保通过网络到客户的通信链路是安全的，以防止窃听或篡改数据，以及客户如何确定他或她连接到了他们的银行服务而不是冒名顶替者？

有许多加密应用可以用来解决这些问题，例如数字签名或其他私密加密密钥(secret cryptographic key)。为了提供安全的存储器或验证源，一种常见的方法是将加密密钥放在非易失性电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或电池支持的静态随机存取存储器(SRAM)中，并使用加密操作(诸如数字签名或加密)。然而，这种方法通常很耗时，并且在功耗方面成本很高。另外，非易失性存储器通常容易受到侵入式攻击，侵入式攻击可以获取密钥。如果第三方在例如银行事务中使用被盗的加密密钥，那么银行将无法立即知道该密钥正被第三方欺诈性地使用，因此会允许这种欺诈性事务继续进行。

因此，希望能够唯一地识别与用户相关联的设备/装置，使得在没有该设备/装置的情况下，某些操作或事务无法进行。也就是说，希望能够“指纹化”设备。这种指纹或标识符必须很难被克隆，并且在很大程度上不受环境因素的影响，以便每当设备的身份受到查询时，都返回一个可靠且可信的答案。

物理上不可克隆函数(也称为物理不可克隆函数或PUF)是一种加密原语，其用于验证和私密密钥存储，而不需要安全的EEPROM和其他昂贵的硬件。PUF不是将秘密存储在数字存储器中，而是从通常在制造过程中引入的设备的独有物理特性中得出秘密。在通常被认为是经典或宏观的物理学(诸如激光通过悬浮有微小二氧化硅微球(tiny silicaspheres)的硬化环氧树脂板的散射，或者在一些电路中门延迟的制造可变性)的基础上提供已知的PUF。然而，随着技术的进步，需要越来越小的设备，基于这种设计的PUF很难按比例缩小。

本发明的实施例的目的在于至少部分地缓解现有技术的一个或更多个问题。

概述

根据本发明的一个方面，提供了用于确定设备的唯一标识符的方法。该设备包括该设备独有的量子隧穿势垒(quantum tunnelling barrier)。该方法包括在量子隧穿势垒两端施加电势差，该电势差足以使电荷载流子(charge carrier)能够隧穿量子隧穿势垒。该方法还包括测量电信号，该电信号代表穿过量子隧穿势垒的隧穿电流，该隧穿电流是量子隧穿势垒的特性。该方法还包括根据所测量的电信号来确定设备的唯一标识符。

确定唯一标识符可以包括生成唯一标识符。例如，验证器可以生成设备的唯一标识符，以供存储。确定唯一标识符可以包括验证唯一标识符。例如，验证器可以确定设备的唯一标识符，以便核实(verify)该设备。